Effet de l'utilisation d'ajouts cristallins sur le potentiel de cicatrisation de bétons à hautes performances en condition de service

DÉDICACE À ma grand-mère, Maria REMERCIEMENTS Je tiens tout d'abord à remercier sincèrement mon directeur de recherche, Jean-Philippe Charron, pour sa confiance, ses conseils, son expertise, son soutien (humain, matériel et financier) et surtout pour la patience dont il a fait preuve face aux nombreuses difficultés rencontrées tout au long de ce projet.Ensuite, je souhaite remercier Clélia Desmettre pour sa disponibilité et plus particulièrement lors de la rédaction de l'article bien qu'elle fût toujours en congé maternité.Son expérience et son sens critique ont été des ressources essentielles dans la réussite de ce projet.Je souhaite également remercier l'ENSAM Bordeaux et l'École Polytechnique de Montréal pour m'avoir permis de réaliser ce double diplôme.Un grand merci à toute l'équipe technique du Laboratoire des Structures de l'École Polytechnique de Montréal (David Ek, Patrice Bélanger et Romain Siguier) et plus particulièrement à Jonathan Auger et Cédric Androuët pour leur contribution à la réalisation de ce projet, pour leur bonne humeur et pour avoir réussi à me remonter le moral quand j'ai pu rencontrer des difficultés.Je remercie également les compagnies CRH, Euclid, Sika© et Baekert pour les dons de matériels.Je souhaite aussi adresser un merci à mes collègues de bureau (Benoit, Sayouba, Etienne et Tarik) qui m'ont permis de travailler dans un cadre épanouissant durant toute ma maîtrise.Enfin, je remercie mes colocataires et ma conjointe, qui ont su me supporter et qui m'ont permis de vivre deux années de maîtrise inoubliables à Montréal.v RÉSUMÉ Les infrastructures nord-américaines en béton armé sont exposées à des conditions environnementales très sévères, causant des dégradations précoces en favorisant l'infiltration d'eau, de gaz et d'agents agressifs dans le béton.La pénétration de ces derniers est accélérée par la présence de fissures, puisqu'elles leur offrent un chemin préférentiel d'entrée.L'apparition de fissures au cours du cycle de vie d'une structure résulte de sollicitations d'origines internes (retrait, hydratation et fluage), externes (gradient de température, gradient d'humidité, attaque chimique) et mécaniques (charges mortes et vives).La pénétration de l'eau, de l'air et des agents agressifs à travers le béton accélère la cinétique des détériorations qui peuvent être issues de la réaction alcalis-granulats, le gel-dégel, la corrosion des armatures, l'attaque par sulfate, etc. Ces détériorations impactent fréquemment la durée de vie des infrastructures, entraînant ainsi des réparations coûteuses, parfois récurrentes, et arrivant plus rapidement que prévu engendrant d'importants coûts socio-économiques et à des impacts environnementaux.Finalement, les problèmes de durabilité conduisent à des problèmes structuraux.Plusieurs mécanismes de transport des agents agressifs existent : la perméabilité, la diffusion l'absorption capillaire, etc. À l'état non fissuré, ce sont les mécanismes de diffusion et d'absorption dont les effets sont prédominants, alors qu'à l'état fissuré les effets du mécanisme de perméabilité prédominent.Ainsi, la perméabilité peut être employée comme un indicateur performant de durabilité du béton armé en condition de service.Les recherches antérieures ont montré que l'ajout de fibres dans la matrice cimentaire permettait de réduire considérablement les ouvertures de fissures et donc la perméabilité à l'eau des bétons à l'état fissuré.Cette réduction de la perméabilité provient du fait que les fibres améliorent le contrôle de la fissuration et permettent d'obtenir un patron de fissuration présentant un nombre de fissure plus important, mais d'ouverture plus faibles.Dans l'optique de réduire l'impact des ouvertures de fissures sur la durabilité, les recherches se sont dirigées vers l'exploitation de la propriété d'autocicatrisation du béton.L'autocicatrisation du béton résulte en générale de la formation de carbonate de calcium, d'ettringite, de silicate de calcium (CSH) ou encore du colmatage par la présence de particules de béton ou d'impuretés dans les fissures.Plusieurs études ont démontré que dans un état de contrainte représentatif de condition vi en service, l'autocicatrisation du béton fibré à haute performance (BFHP) entraînait une diminution notable de la perméabilité à l'eau par rapport au béton ordinaire.Par ailleurs au cours de ces dernières années, des travaux ont été entrepris afin de trouver des adjuvants pouvant accélérer et/ou améliorer ce processus de cicatrisation naturelles des bétons.Plusieurs études sur le potentiel de cicatrisation d'adjuvants minéraux (fumée de silice, cendres volantes, etc.) et d'adjuvants chimiques (ajouts expansifs, ajouts cristallins, etc.) ont été menées mais aucune ne l'a évalué via un indicateur de durabilité, et sur des bétons fibrés.Ainsi, l'objectif général de ce projet de recherche était d'évaluer le potentiel de cicatrisation de béton fibrés à hautes performances en conditions de service à l'aide de mesure de perméabilité à l'eau.Pour cela des essais de perméabilité sur des tirants armés chargés en traction uniaxiale ont été réalisés sur trois types de bétons : BHP (Béton à Hautes Performances) et des BFHP (Béton Fibré à Hautes Performances) avec et sans ajouts cristallins.Grâce à différentes conditions d'essais (chargements statiques et statique-constant), l'impact des ajouts cristallins a été évalué sur le comportement mécanique des tirants (force, contrainte dans l'armature et ouvertures de fissure) et vii au microscope à balayage ont été réalisées et ont montré une différence de morphologies des produits formés.En effet, les produits de cicatrisation des BFHP sans ajouts cristallins formés sont du carbonate de calcium sous la forme de calcite et d'ettringite.Dans le cas BFHP avec ajouts cristallins, du carbonate de calcium s'est aussi créé mais cette fois-ci sous la forme d'aragonite.Cette différence de morphologie s'explique par la présence de magnésium dans la poudre de l'ajout cristallin, qui favorise la formation d'aragonite au détriment de la calcite.Cette même différence explique aussi la cinétique de cicatrisation plus rapide du BFHP sans ajout cristallins puisqu'en effet la vitesse de formation de la calcite est supérieure à celle de l'aragonite.Malgré des résultats encourageants, il reste encore difficile de formuler des recommandations tant la capacité de cicatrisation diffèrent selon les ajouts testés.Il est donc nécessaire de continuer les recherches afin de caractériser les produits formés lors de la cicatrisation en toutes circonstances (différents types de chargement, environnement de cicatrisation, etc.).Par la suite, des recommandations quant à l'utilisation d'ajouts cristallins pourront être faites.viii

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